Mỹ đang thua trong cuộc đua lượng tử với Trung Quốc

Trung Quốc đã và đang bỏ xa Mỹ trong cuộc đua tiếp cận biên giới quan trọng tiếp theo của công nghệ an ninh quốc gia: điện toán lượng tử.

Vào tháng 10 năm ngoái, các nhà khoa học Trung Quốc đã công bố chiếc máy tính lượng tử có thể lập trình nhanh nhất thế giới, mạnh hơn một triệu lần so với siêu máy tính tiên tiến nhất của Google. Công nghệ của họ có thể hoàn thành trong một phần nghìn giây các phép toán mà một chiếc máy tính điển hình sẽ mất khoảng 30.000 tỷ năm để thực hiện.

Và Mỹ cuối cùng cũng đang chú ý đến vấn đề này.

Thứ Tư tuần trước, tổng thống Joe Biden đã ký hai văn kiện một lệnh hành pháp và một Bản ghi nhớ An ninh Quốc gia để tăng cường khả năng lượng tử của quốc gia về tấn công và phòng thủ. Điều đó có nghĩa là cần phát triển công nghệ điện toán lượng tử của riêng mình và bảo vệ cơ sở hạ tầng CNTT quan trọng khỏi các cuộc tấn công lượng tử của kẻ thù. Bởi cần chuẩn bị cho trường hợp xảy ra một cuộc tấn công mạng lượng tử có thể khiến mọi mật khẩu và thiết bị máy tính trở nên vô dụng, từ chiếc iPhone trong túi đến hệ thống GPS trên máy bay, thậm chí cả các siêu máy tính xử lý các giao dịch trên thị trường chứng khoán. Khi đó, hậu quả về an ninh quốc gia sẽ lớn vô cùng.

Tính toán lượng tử, một dạng tính toán tốc độ cao ở cấp độ hạ nguyên tử được tiến hành ở nhiệt độ cực lạnh, sẽ đưa máy tính đến tốc độ khó có thể tưởng tượng được ngày nay. Các nguyên tử, photon và electron hoạt động ngoài các định luật vật lý cổ điển và trong lĩnh vực “lượng tử” có thể được khai thác cho sức mạnh tính toán phi thường. Những vấn đề phức tạp từng mất nhiều năm để giải quyết giờ có thể chỉ mất vài giây để xử lý.

Và điều đó có nghĩa là mọi thứ chúng ta biết về an ninh mạng – mọi ổ khóa được bảo mật bằng các phương pháp mã hóa hiện tại – đều có thể bị khai thác.

Hãy coi mã hóa giống như một bài toán. Sử dụng mã hóa 256-bit hiện đại, bạn có các cách kết hợp 78 chữ số, sắp xếp chúng đúng thứ tự trong dãy để phá khóa kỹ thuật số. Và số cách kết hợp là: 115.792.089.237.316.195.423.570.985.008.687.907.853.269.984.665.640.564.039.457.584.007.913.129.639.936. Các phần cứng và phần mềm phổ thông ngày nay, sử dụng các bit, sẽ mất hàng triệu năm để sắp xếp và thử nhiều tổ hợp đến như vậy. Nhưng các bit lượng tử hay qubit có thể được sử dụng song song để tăng tốc khả năng giải các thuật toán của máy tính theo cấp số nhân, những bài toán từng được cho là không thể.

Một tấm wafer với chip quang tử dùng cho điện toán lượng tử tại công ty công nghệ Q.ant ở Stuttgart, miền nam nước Đức, ảnh chụp ngày 14/9/2021.

Có thể, những tuyên bố về tiến bộ lượng tử gần đây của Trung Quốc là phóng đại, nhưng sự ra đời của điện toán lượng tử không phải là câu hỏi về “nếu”, mà là “khi nào”. Các cuộc tấn công ransomware thường xuyên đã trở thành vấn đề toàn cầu. Và nếu một đối thủ của Mỹ, tung điện toán lượng tử như một đòn tấn công vào môi trường kỹ thuật số hiện nay, thì đó sẽ không khác gì ngày tận thế của an ninh mạng. Khi đó, các bí mật của mọi công ty, chính phủ và quân đội sẽ bị đe dọa phá vỡ chỉ trong vài giờ. Các động thái gần đây của tổng thống Mỹ được cho là sẽ giúp tăng cường các nỗ lực để ngăn chặn viễn cảnh ác mộng đó, bằng cách tập hợp các cơ quan liên bang và các công ty có cơ sở hạ tầng quan trọng lại với nhau nhằm giải quyết các mối đe dọa lượng tử. Nó cũng đưa Ủy ban Cố vấn Sáng kiến Lượng tử Quốc gia dưới sự kiểm soát của Nhà Trắng.

Phản ứng tập trung hóa của chính phủ là thiết yếu, nhưng sẽ còn cần những cách tiếp cận toàn diện và sâu xa hơn. Ví dụ như khuyến khích hệ thống giáo dục đại học của Mỹ đào tạo thêm nhiều kỹ sư lượng tử hơn nữa. Bên cạnh đó, việc phối hợp và trao đổi với các quốc gia có cùng chí hướng như Anh, Ấn Độ, Nhật Bản và Hàn Quốc để chia sẻ những đột phá trong công nghệ lượng tử cũng vô cùng cần thiết.

Mỹ cũng phải khai thác toàn bộ sức mạnh và sự khéo léo từ khu vực tư nhân để duy trì khả năng cạnh tranh và tránh bị đưa vào tình thế khi các cuộc tấn công mạng khiến một số lĩnh vực quan trọng của đất nước trở thành con tin. Bên cạnh đó, có một phương pháp cổ điển là đặt nhiều ổ khóa hơn trên cửa – hoặc trong trường hợp này, mã hóa dữ liệu nhiều lần bằng các thuật toán khác nhau, làm cho quá trình phá mã lâu hơn và khó khăn hơn đối với cả máy tính lượng tử.

Điện toán lượng tử không phải là câu hỏi về “nếu”, mà là “khi nào”.

Công nghệ lượng tử sẽ cách mạng hóa tương lai của chúng ta giống như internet và vũ khí nguyên tử đã làm. Nó hứa hẹn rất nhiều cho sự phát triển và khám phá dược phẩm, mô hình hóa khí hậu và trí tuệ nhân tạo. Nhưng, chúng ta cũng đang cảnh báo về một tương lai đầy rủi ro. Với riêng nước Mỹ, các tình huống an ninh mạng trong trường hợp xấu nhất vẫn chưa được chuẩn bị tốt. Các lỗ hổng bảo mật trong hệ thống bảo mật của cơ sở hạ tầng, dữ liệu cá nhân, doanh nghiệp… vẫn còn đó.

Trong quá khứ, một loạt các sự kiện như Trân Châu Cảng, Sputnik cho đến thảm họa khủng bố 11/9 đã cho thấy nước Mỹ vẫn có thể bị bất ngờ. Và bình minh sắp tới của thời đại lượng tử cũng sẽ tương tự. Và sự lựa chọn giờ đây là không quá khó: Chờ đợi sự tàn phá của cuộc tấn công mạng đầu tiên được thúc đẩy bởi giải mã lượng tử, hoặc xây dựng hệ thống phòng thủ để ngăn chặn nó từ bây giờ.